2.2. Отходы цветной металлургии

Согласно химическому составу, шлаки цветной металлургии могут быть условно объединены в три группы. В одну из них можно объединить шлаки никелевых заводов и определенную часть шлаков медных заводов, отличающихся малым содержанием цветных металлов и железа. Извлечение ценных компонентов из таких шлаков экономически нецелесообразно, поэтому наиболее приемлемым путем их использования является переработка в строительные материалы и изделия. Вторую группу составляют медные шлаки, отличающиеся значительным содержанием железа, малым содержанием меди и присутствием до 5 % цинка и свинца. Такие шлаки целесообразно перерабатывать лишь при комплексном извлечении из них цинка, свинца и железа с одновременной утилизацией силикатной части. Наконец, в третью группу следует объединить оловянные и свинцовые шлаки, а также некоторые медные шлаки, отличающиеся значительным содержанием цинка, свинца и олова, что делает экономически целесообразным их извлечение из шлаков даже без комплексной переработки последних.

В табл. 2.11 по данным ВНИИР приведены значения удельных показателей отходов в цветной металлургии.

Особенности утилизации шлаков цветной металлургии. Металлургические шлаки, образующиеся при выплавке цветных металлов, отличаются по химическому составу и свойствам. Объем их образования в десятки раз превышает объем образования шлаков при производстве такого же количества чугуна. Так, если при выплавке 1 т чугуна образуется до 1 т шлака, то при выплавке 1 т меди и никеля образуется до 30 и до 150 т шлака на 1 т металла соответственно.

Ежегодно в цветной металлургии образуется до 10 млн. т шлаков, уровень использования которых не превышает 15 %. В значительной мере это объясняется тем, что в шлаках цветной металлургии содержится ценное металлургическое сырье и переработка их на строительные материалы менее эффективна, чем потенциальное его извлечение. Поскольку рациональная технология извлечения ценных металлов из этих шлаков пока не создана, значительная их часть временно сбрасывается в отвал на хранение. Это относится, в частности, к шлакам свинцового и медного производств, которые частично используются для изготовления медистого чугуна и медноцинкового сплава.

В шлаках медной промышленности содержится 0,3-1,1 % меди, около 5 % цинка, свинец, золото Для переработки шлаков цветной металлургии в строительные материалы необходимо вначале извлечь из них цветные и редкие металлы, т.е. переработка шлаков цветной металлургии должна быть комплексной и производиться в три стадии:

• извлечение цветных металлов;

• извлечение железа;

• использование силикатного остатка для производства строительных материалов.

Шлаки медной промышленности, содержащие менее 0,3 % меди, считаются отвальными. Все остальные шлаки идут на дополнительную пе­реработку с целью извлечения меди и других цветных металлов.

Конвертерные шлаки на всех никелевых заводах подлежат дополнительному обеднению, после чего используются для строительных целей.

Значительное обеднение шлаков кислородно-факельной плавки меди достигается использованием в качестве восстановителя алюминий-содержащих отсевов из алюминиевых литейных шлаков и пиритного концентрата. Переработка шлаков осуществляется в электропечах, в которые заливается жидкий шлак и загружается углеродистый восстановитель в количестве 6-8 % от маесь шлака, кварцевый флюс и медноникелевая руда.

Шлаки свинцовоцинкового производства также дополнительно перерабатываются.

Восстановление цинксодержащи; шлаков позволяет доизвлекать тяжелые цветные металлы. В результате вельцевания (окислительно-восстановительного процесса) шлаков евин цовой плавки доизвлекают цинк и свинец. Отвальный клинкер можно использовать как сырье для производства стройматериалов.

Температура в разгрузочной части вельц-печи поддерживается в интервале 1150-1250 °С, на выходе газов из печи 580-650 °С. При этом процессе возгоняются в виде оксидов цинк до 95 % и свинец до 92 %. Клинкер, составляющий 75-85 % от массы шлака, измельчается и подвергается магнитной сепарации в несколько стадий. Магнитный концентрат используют в свинцовом производстве, а немагнитную составляющую - для получения строительных материалов и асфальтобетонов.

Таблица

Значения удельных показателей отходов в цветной металлургии

ii/n	Технологический процесс или вид производства	Наименование образующихся отходов и попутных продуктов	Значения удельных показателей
	Добыча и обогащение руд цветных металлов
1	Добыча руд цветных металлов	Породы вскрышные и вмещающие	80 % от перерабатываемой горной массы
2	Производство бокситового глинозема	Шлам	1,1 т/т глинозема
3	Производство нефелинового глинозема	Шлам	7,0 т/т глинозема
4	Производство алунитового глинозема	Шлам	4,5 т/т глинозема
5	Обогащение руд цветных металлов	Хвосты обогащения	60 % от массы получаемой руды (усредненный показатель для оценки общей массы отходов при обогащении руд цветных металлов)
	Металлургическое производство
6	Шахтная плавка медных руд (содержание меди в концентрации I-2 %)	Шлаки	50-100 т/т металла
7	Шахтная плавка окисленной никелевой руды (содержание никеля 0,8-1,2 %)	Шлаки	100-200 т/т металла
8	Ртутное производство	Огарки ртутного производства	0,75 т/т ртути

Пирометаллургические способы извлечения цветных металлов из шлаков основаны на восстановлении оксидов углем, коксом, карбидом кальция, чугуном, природным газом и другими материалами. При этом расходуется значительное количество энергоресурсов, а аппаратурное оформление процесса сложно и дорого, в результате чего эти способы не всегда эффективны.

Потеплофизическим и прочностным свойствам, износостойкости, кислотостойкости шлаки цветной металлургии значительно превосходят доменные шлаки. Из них получают те же строительные материалы (песок, щебень, цемент), что и из доменных шлаков.

В литейном производстве металлургических и машиностроительных предприятий при изготовлении формованных литых металлических деталей используют формовочную землю для изготовления литейных форм и стержней. При этом образуется горелая земля, утилизация которой имеет важное экономическое значение. Формовочная земля состоит на 90-95 % из высококачественного кварцевого песка и небольших количеств различных добавок: бентонита, молотого угля, едкого натра, жидкого стекла, асбеста и др.

Регенерация горелой земли состоит в удалении пыли, мелких фракций и глины, потерявшей связующие свойства под воздействием расплавленного металла, имеющего высокую температуру. Существуют три способа регенерации горелой земли: мокрый, сухой и электрокоронный.

При мокром способе регенерации горелая земля поступает в систему последовательных отстойников с проточной водой. При прохождении отстойников песок оседает на дне бассейна, а мелкие фракции уносятся водой. Песок затем просушивается и возвращается в производство для изготовления литейных форм. Вода поступает на фильтрацию и очистку и также возвращается в производство.

Сухой способ регенерации горелой земли состоит из двух последовательных операций: отделения песка от связующих добавок; что достигается продувкой воздуха в барабан с землей, и удаления пыли и мелких частиц путем отсоса их из барабана вместе с воздухом. Выходящий из барабана воздух, содержащий пылевидные частицы, очищается с помощью фильтров.

Электрокоронный метод регенерации основан на пропускании горелой земли через поле коронного разряда напряжением 100 кВ. При этом мелкие частицы отделяются от песка, ионизируются и оседают на осадительных электродах.

Помимо регенерации горелой земли возможно также ее использование при изготовлении кирпичей. С этой целью формующие элементы предварительно разрушаются, и земля пропускается через магнитный сепаратор, где от нее отделяются частицы металла. Очищенная от металлических включений земля полностью заменяет кварцевый песок. Использование горелой земли повышает степень спекания кирпичной массы, так как в ней содержатся жидкие стекло и щелочь.

Особое место среди отходов цветной металлургии и машиностроительных отраслей занимают лом и отходы цветных металлов. Правильная организация сбора и утилизации этих отходов позволяет существенно снизить экологическую нагрузку на природу, так как при получении цветных металлов из рудных материалов появляется огромное количество вредных газовых выбросов и жидких стоков, а также твердых отходов с различными характеристиками.